Das produzierende Gewerbe besitzt in Deutschland nach wie vor einen hohen Stellenwert. Für alle Märkte ist festzustellen, dass fertigungstechnische Potenziale weniger durch Einzeloptimierungen angegangen werden, sondern vielmehr das ganzheitliche Betrachten von Prozessketten eine Rolle spielt. Eine zentrale Schlüsselfunktion hat die enge Zusammenarbeit zwischen Gestaltung, Werkstofffestlegung und Fertigungstechnologie.
Besonders bemerkenswert ist, dass nicht allein kostengünstigere und leistungsfähigere Produkte die Entwicklungsrichtung bestimmen. Auch Produktionstechniken für neue, aufstrebende Märkte werden entwickelt und umgesetzt – selbst wenn diese Entwicklung noch zögerlich anläuft. Impulsgeber sind vor allem die Telekommunikation und die Medizin- sowie Biotechnologie. Aus Sicht der Fertigungstechnik spielen in diesem Zusammenhang Mikrotechnologien eine besondere Rolle.
Mikrosysteme bestechen durch ihre hohe Leistungsfähigkeit bei minimaler Größe und Gewicht. Die Miniaturisierung wird zur Zeit noch weiter vorangetrieben, um immer kleinere Komponenten herzustellen. Dabei sollen Fertigungstechnologien wie beispielsweise hochgenaue Replikation so gestaltet werden, dass sie auch die Voraussetzungen für die Massenfertigung erfüllen. Die ersten Schritte auf diesem Weg sind getan: Mittels der Ultrapräzisionszerspanung lassen sich Oberflächengüten im Nanometerbereich sowie Form- und Maßgenauigkeiten bis in den Submikrometerbereich erzeugen. Inzwischen ist die Formgebung so flexibel, dass sie sich sogar beim Herstellen von Funktionsstrukturen einsetzen lässt. Es kommt nun darauf an, ausgehend von den grundlegenden Techniken des Zerspanens und Polierens ganzheitliche Prozessketten für den Mikroformenbau und die geeigneten Replikationstechniken zu entwickeln.
Ein weiterer, wichtiger Innovationstreiber ist die Materialentwicklung. Neben faser- und partikelverstärkten Verbundwerkstoffen ist die Wärmebeständigkeit in vielen Fällen eine bedeutende Funktionseigenschaft. Mit konventionellen Verfahren lassen sich solche Materialien häufig gar nicht mehr bearbeiten. Gefragt sind hybride Fertigungsverfahren, für die mehrere Primärenergien gekoppelt und Wirkmechanismen zum Bearbeiten überlagert werden. Ein Beispiel hierfür ist die lasergestützte Keramikzerspanung: Keramik wird beim Bearbeiten mit einem Laserstrahl erwärmt, um die Fes-tigkeit herabzusetzen. Parallel dazu erfolgt das Zerspanen mit geometrisch bestimmter Schneide. Vielversprechende Möglichkeiten ergeben sich auch durch die Kopplung von Ultraschall mit spanenden und abtragenden Fertigungstechniken.
Mikrostrukturierungen, die Bau-teileigenschaften wie beispielsweise Wärmeübergang, Reibung, Grenzflächenströmung und Reflexion beeinflussen, könnten ebenfalls genutzt werden, sobald Fertigungsmethoden zur Verfügung stehen, mit denen sich solche Oberflächen sicher erzeugen lassen. Andererseits sind auch sehr erfolgreiche Materialentwicklungen bekannt, die speziell an bestimmte Fertigungsverfahren angepasst wurden.
Um mit innovativen Fertigungsverfahren auch die ökologischen Belastungen zu senken, sollen weniger Kühlschmierstoffe eingesetzt werden bis hin zum völligen Verzicht auf diese Substanzen. Dieses Vorgehen hilft auch, die Fertigungskosten zu senken und das Arbeitsumfeld zu verbessern.
Nicht zuletzt sind leistungsfähige Simulationswerkzeuge erforderlich, um Prozessketten ganzheitlich zu gestalten. Prototypen erster Softwarelösungen liegen vor, die das Wissen von Konstrukteuren und Fertigungsspezialisten bereits in frühen Phasen der Produktgestaltung verbinden. Solche Systeme bieten auch Schnittstellen zum Ankoppeln von FEM-Programmen. Dieses Forschungsfeld befindet sich in einer rasanten Entwicklung. Es wird angestrebt, in zunehmendem Maß bereits durch Simulationsmethoden auch die Funktionseigenschaften von Bauteilen zu ermitteln und die gesamte Prozesskettenauslegung mit virtuellen Methoden zu unterstützen.
Teilen:
